(57)【要約】【課題】汚染水の保持率が大きいので、例えば、放射性廃棄物の発生を抑えることができる固化材料の提供。【解決手段】カルシウムアルミネート類及び石膏を含有する汚染水の固化材料。該固化材料と汚染水を混合し、固化材料と汚染水を混合し固化させる汚染水の処理方法。固化した固化体を加熱処理し、減容する汚染水の処理方法。更に、ベントナイトやゼオライト等の吸着剤を含有してもよく、汚染水が放射性核種を含んでもよく、放射性核種がヨウ素であってもよく、固化体や固化物を、安全な場所に埋設処理してもよい。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
カルシウムアルミネート類及び石膏を含有してなることを特徴とする汚染水の固化材料。
【請求項２】
更に、吸着剤を含有してなることを特徴とする請求項１記載の汚染水の固化材料。
【請求項３】
吸着剤がベントナイト及び／又はゼオライトであることを特徴とする請求項１又は２記載の汚染水の固化材料。
【請求項４】
汚染水が放射性核種を含む汚染水であることを特徴とする請求項１〜３のうちの１項記載の固化材料。
【請求項５】
放射性核種がヨウ素であることを特徴とする請求項４項記載の固化材料。
【請求項６】
請求項１〜５のうちの１項記載の固化材料と汚染水を含有してなる混合物。
【請求項７】
請求項６項記載の混合物を固化してなる固化体。
【請求項８】
請求項７項記載の固化体を加熱脱水処理してなる固化物。
【請求項９】
請求項１〜５記載の固化材料と汚染水を混合し固化させることを特徴とする汚染水の処理方法。
【請求項１０】
汚染水が放射性核種を含む汚染水であることを特徴とする請求項７記載の汚染水の処理方法。
【請求項１１】
放射性核種がヨウ素であることを特徴とする請求項９又は１０項記載の汚染水の処理方法。
【請求項１２】
請求項９〜１１のうちの１項記載の汚染水の処理方法で固化した固化体を加熱処理して固化物とすることを特徴とする汚染水の処理方法。
【請求項１３】
請求項７項記載の固化体を、安全な場所に埋設処理してなる汚染水の処理方法。
【請求項１４】
請求項８項記載の固化物を、安全な場所に埋設処理してなる汚染水の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は汚染水、特に原子力発電所等から発生する放射性核種を含む汚染水の固化材料及び処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
重大事故により原子力発電所から大量に放射性核種を含む汚染水が発生した場合、その汚染水による放射性汚染拡大を防止するため、放射性核種の除去、いわゆる除染処理を行う必要がある。
【０００３】
通常、１３７セシウム、９０ストロンチウム、１３１ヨウ素等の放射性核種を含む汚染水はイオン交換樹脂やゼオライト等で放射性核種を除去し、汚染水を処理した後の水は冷却水として再利用している（特許文献１、２）。しかしながら、大量に発生する高濃度の放射線を帯びたイオン交換樹脂やゼオライトの処理技術は十分には確立されておらず、二次的な放射能汚染が懸念される。
【０００４】
一方、放射性核種を含む汚染水を用いてポルトランドセメントを練り混ぜて固化する技術が提案されている（特許文献３、４）。特許文献３は、セメント、粘土、シリカ質生成物を含有する固化材で鉛や水銀等を固定化するものである。しかしながら、これらの両性金属はセメントの高アルカリ性により再溶出する恐れがある。放射性核種を含む汚染水も同様にセメントの高アルカリ性により再溶出する恐れがある。特許文献４についてもセメントで固化するため、同様な問題が挙げられる。
【０００５】
セメントを用いない固化材としては、カルシウムアルミネート類、水酸化カルシウム、ベントナイト、ゼオライト等を用いた高濃度ホウ酸水溶液の固化材が提案されている（特許文献５）。しかしながら、これらの固化材１００質量部に対する汚染水の割合は１００質量部と小さい。固化材１００質量部に対する汚染水の保持量を多くすることにより、放射性廃棄物の発生を抑えることについて、記載はない。
【０００６】
特許文献６は、カルシウムアルミノシリケートを含有する低放射化水硬性組成物である。しかしながら、実験例に記載の通り、水硬性組成物１００質量部に対する水の割合は５０質量部と小さい。固化材１００質量部に対する汚染水の保持量を多くすることにより、放射性廃棄物の発生を抑えることについて、記載はない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−７５４０７号公報
【特許文献２】特開平８−２７１６９２号公報
【特許文献３】特開昭６１−１０５５００号公報
【特許文献４】特開２００３−２５５０８５号公報
【特許文献５】特開２００１−２６４４８８号公報
【特許文献６】ＷＯ２００８／１１４８７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、汚染水を固化できる固化材料及び処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、カルシウムアルミネート類及び石膏を含有してなることを特徴とする汚染水の固化材料であり、更に、吸着剤を含有してなることを特徴とする該汚染水の固化材料であり、吸着剤がベントナイト及び／又はゼオライトであることを特徴とする該汚染水の固化材料であり、汚染水が放射性核種を含む汚染水であることを特徴とする該固化材料であり、放射性核種がヨウ素であることを特徴とする該固化材料であり、該固化材料と汚染水を含有してなる混合物であり、該混合物を固化してなる固化体であり、該固化体を加熱脱水処理してなる固化物であり、該固化材料と汚染水を混合し固化させることを特徴とする汚染水の処理方法であり、汚染水が放射性核種を含む汚染水であることを特徴とする該汚染水の処理方法であり、汚染水が放射性核種を含む汚染水であることを特徴とする該汚染水の処理方法であり、放射性核種がヨウ素であることを特徴とする該汚染水の処理方法であり、該汚染水の処理方法で固化した固化体を加熱処理することを特徴とする汚染水の処理方法であり、該固化体を、安全な場所に埋設処理してなる汚染水の処理方法であり、該固化物を、安全な場所に埋設処理してなる汚染水の処理方法である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は以下の効果を有する。本発明の固化材料は、汚染水の保持率が大きいので、例えば、放射性廃棄物の発生を抑えることができる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明のカルシウムアルミネート類とは、カルシア原料とアルミナ原料を混合して、キルンでの焼成或いは電気炉での溶融等の熱処理をして得られるＣａＯとＡｌ２Ｏ３とを主成分とする水和活性を有する物質の総称である。ＣａＯをＣ、Ａｌ２Ｏ３をＡと略記すると、カルシウムアルミネート類としては、Ｃ３Ａ、Ｃ１２Ａ７、Ｃ１１Ａ７・ＣａＦ２、Ｃ１１Ａ７・ＣａＣｌ２、Ｃ２Ａ・ＳｉＯ２、ＣＡ、及びＣ２Ａ等が挙げられる。更に、ＣａＯやＡｌ２Ｏ３の一部が、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化鉄、アルカリ金属ハロゲン化物、アルカリ土類金属ハロゲン化物、アルカリ金属硫酸塩、及びアルカリ土類金属硫酸塩等と置換した化合物、或いは、ＣａＯとＡｌ２Ｏ３とを主成分とするものに、これらが少量固溶した化合物も含まれる。これらの１種又は２種以上を含有するものも含まれる。
【００１２】
カルシウムアルミネート類の形態としては、結晶質、非晶質いずれであっても使用可能である。これらの中では、固化材単位質量当たりの汚染水保持率の点で、非晶質のカルシウムアルミネート類が好ましく、Ｃ１２Ａ７組成に対応する熱処理物を急冷した非晶質のカルシウムアルミネートがより好ましい。
【００１３】
ここでいう、固化材単位質量当たりの汚染水保持率とは、単位質量の固化材料が固定化する汚染水の質量部をいい、固化材量をａ、固定化する汚染水量をｂとすると、下記式で定義する。
固化材単位質量当たりの汚染水保持率（％）＝ｂ／ａ×１００
【００１４】
固化材単位質量当たりの汚染水保持率が大きい程、大量の汚染水が固化できるため好ましい。
【００１５】
カルシウムアルミネート類の粒度は、ブレーン比表面積（以下、ブレーン値という）で３０００ｃｍ２／ｇ以上が好ましく、５０００ｃｍ2／ｇ以上がより好ましい。ブレーン値が３０００ｃｍ２／ｇ未満だと、固化材料単位質量当たりの汚染水保持率が低下する場合がある。
【００１６】
本発明の石膏としては、例えば、無水石膏、半水石膏、及び二水石膏が使用可能である。これらの中では、固化材単位質量当たりの汚染水保持率の点で、無水石膏が好ましい。
【００１７】
石膏の粒度は、強度発現性の点で、ブレーン３０００ｃｍ２／ｇ以上が好ましく、５０００ｃｍ２／ｇ以上がより好ましい。ブレーン値が３０００ｃｍ２／ｇ未満だと、固化材料単位質量当たりの汚染水保持率が低下する場合がある。
【００１８】
石膏の使用量は、カルシウムアルミネート類１００質量部に対して、２０〜３００質量部が好ましく、５０〜２００質量部がより好ましい。石膏の使用量がカルシウムアルミネート類１００質量部に対して、２０質量部未満、又は２００質量部を超えると固化材料単位質量当たりの汚染水保持率が小さくなる場合がある。
【００１９】
更に、固化材単位質量当たりの汚染水保持率を向上するために、吸着剤を併用することが好ましい。
【００２０】
本発明の吸着剤としては、ベントナイト、ゼオライト、カオリナイト、モンモリロナイト、スメクタイト、アロフェン、及びハロイサイト等が挙げられる。これらの１種又は２種以上を含有するものも適用できる。これらの中では、ベントナイト及び／又はゼオライトが好ましく、ベントナイトが好ましい。
【００２１】
吸着剤の粒度は、固化材単位質量当たりの汚染水保持率の点で、ブレーン３０００ｃｍ２／ｇ以上が好ましく、５０００ｃｍ２／ｇ以上がより好ましい。ブレーン値が３０００ｃｍ２／ｇ未満だと、固化材料単位質量当たりの汚染水保持率が低下する場合がある。
【００２２】
吸着剤の使用量は、カルシウムアルミネート１００質量部に対して、３００質量部以下が好ましく、５０〜２００質量部がより好ましい。吸着剤の使用量が、カルシウムアルミネート類１００質量部に対して、３００質量部を超えると圧縮強度が小さい場合がある。
【００２３】
本発明のカルシウムアルミネート類、石膏、更に必要に応じて吸着剤を混合して固化材料を製造することができる。
【００２４】
汚染水と本発明の固化材料を混合することにより、汚染水を固化することができる。固化材料と汚染水の混合割合は、固化体として求められる強度に合わせて配合する。汚染水の固化体は固化体の処理に伴う移動に必要とされる強度があれば良い。固化体の強度が小さいと、長期的に再溶出する場合があり、好ましくない。最適な圧縮強度はその都度調整されるが、一般的には０．１〜５Ｎ／ｍｍ２が好ましい。
【００２５】
汚染水の量は、固化材料１００質量部に対して、１００〜３０００質量部が好ましく、３００〜１５００質量部がより好ましい。本発明の汚染水は、放射性核種を含む汚染水をいう。放射性核種としては、１３７Ｃｓ、９０Ｓｒ、１３１Ｉ、１４Ｃ等が挙げられる。
【００２６】
汚染水中の放射性核種の濃度が、１〜５０００００ｍｇ／リットルの場合に好ましい効果を有し、１００〜１００００ｍｇ／リットルの場合により好ましい効果を有する。
【００２７】
固化体の作製は、例えば、１．５ｍ３の鋼製容器内に１ｍ３の汚染水を投入し、更に必要な強度になるように固化材料を投入し、攪拌混合する。固化材料を汚染水に分散させることで水和反応し、固化体が出来る。作業性を良くするために、汚染水と固化材料の混合物が固化する前に、混合物をポンプ等で埋設場所に圧送し、埋設場所で混合物を固化させる事も出来る。粉体と汚染水を連続的に混合し、圧送出来る混合システムは、混合システムに汚染水の滞留がない点で、好ましい。特に高濃度の汚染水での混合設備としては、汚染水中の、放射線を出す核種に対する安全性の点で、人の近づく必要のない、遠隔操作ができる設備が好ましい。
【００２８】
更に、上記固化体は加熱処理することにより、更に減容することができる。加熱温度は、生成するエトリンガイトやモノサルフェート等のカルシウムサルフォアルミネート水和物が脱水する温度が好ましい。具体的には、５００℃以上が好ましく、８００℃以上がより好ましい。加熱温度は、１５００℃以下が好ましく、１３００℃以下がより好ましい。
【００２９】
固化体の加熱処理は、例えば、キルンや電気炉に固化体を入れ、加熱処理する。汚染水に放射線を出す核種が含まれる場合は、安全性の点で、閉回路系で作業することが好ましい。
【００３０】
固化材と汚染水を混合した固化体や、固化体を加熱処理した固化物は、放射線核種が放出されないように安全な場所に埋設処理される。例えば、埋設指定区域を設定し、地盤を掘削し、コンクリート製の地下空間を建設し、収納する。
【実施例】
【００３１】
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。
【００３２】
実施例1
カルシウムアルミネート類１００質量部、表１に示す量の石膏、及び吸着剤Ａを混合し、固化材料を作製した。固化材料１００質量部に対して、模擬汚染水９００質量部を混合し、混練物を作製した。固化材料及び混練物について、固化時間、汚染水の保持率、及び圧縮強度を測定した。結果を表１に示した。
【００３３】
＜使用材料＞
カルシウムアルミネート類：Ｃ１２Ａ７、ブレーン値５５００ｃｍ２／ｇ、非晶質
石膏：無水石膏、ブレーン値５９００ｃｍ２／ｇ
吸着剤Ａ：ベントナイト、ブレーン値５４００ｃｍ２／ｇ
模擬汚染水：ヨウ化ナトリウム試薬で作製した、ヨウ素濃度１０００ｍｇ／リットルの水溶液
【００３４】
＜試験方法＞
固化時間：カップに混練物を入れてから、傾けても流動化しなくなるまでの時間を固化時間とした。
汚染水の保持率：混練物を土木学会ＪＳＣＥ−Ｆ  ５２２−１９９９のＰＣグラウトブリージング率測定用ポリエチレン袋にいれ、固化後のブリージング水量ｃを測定した。混練物中の固化材料量をａ、固定化する汚染水量をｂとし、汚染水の保持率を下記式で表した。
汚染水の保持率（％）＝（ｂ−ｃ）／ａ×１００
圧縮強度：ＪＩＳ Ｒ ５２０１に準じた。材齢１日、２８日の圧縮強度を測定した。
ブレーン値：ＪＩＳ Ｒ ５２０１ 「セメントの物理試験方法」に基づき測定した。
【００３５】
【表１】
2013007599.tif 000002
【００３６】
カルシウムアルミネート類と石膏を適量使用することにより、汚染水の保持率、圧縮強度が向上することがわかった。吸着剤を適量使用することにより、汚染水の保持率、圧縮強度が更に向上することがわかった。
【００３７】
実施例２
カルシウムアルミネート類１００質量部、石膏１００質量部、及び吸着剤Ａ１００質量部を混合し、固化材料を作製した。固化材料１００質量部に対して、表２に示す量の模擬汚染水を混合し、混練物を作製した。それ以外は、実施例１と同様に行い、固化時間、汚染水の保持率、及び圧縮強度を測定した。結果を表２に示した。
【００３８】
【表２】
2013007599.tif 000003
【００３９】
汚染水量と共に汚染水の保持率は増加するが、圧縮強度は小さくなる傾向が認められた。
【００４０】
実施例３
カルシウムアルミネート類１００質量部、石膏１００質量部、及び表３に示す量の吸着剤Ｂを混合し、固化材料を作製した。固化材料１００質量部に対して、模擬汚染水９００質量部を混合し、混練物を作製した。それ以外は、実施例１と同様に行い、固化時間、汚染水の保持率、及び圧縮強度を測定した。結果を表３に示した。
【００４１】
＜使用材料＞
吸着剤Ｂ：ゼオライト粉末、ブレーン値５１００ｃｍ２／ｇ
【００４２】
【表３】
2013007599.tif 000004
【００４３】
吸着剤を適量使用することにより、汚染水の保持率、圧縮強度が更に向上することがわかった。
【００４４】
実施例４
カルシウムアルミネート類１００質量部、石膏１００質量部、表４に示す量の吸着剤Ａ及び吸着剤Ｂを混合し、固化材料を作製した。固化材１００質量部に対して、模擬汚染水９００質量部を混合し、混練物を作製した。それ以外は、実施例１と同様に行い、固化時間、汚染水の保持率、及び圧縮強度を測定した。結果を表４に示した。
【００４５】
【表４】
2013007599.tif 000005
【００４６】
吸着剤を適量使用することにより、汚染水の保持率、圧縮強度が更に向上することがわかった。
【００４７】
実験例５
比較のため、普通セメント１００質量部、表３に示す量の吸着剤Ａと吸着剤Ｂを混合した固化材料１００部に対して、模擬汚染水９００部を混合し、混練物を作製した。それ以外は、実施例１と同様に行い、固化時間、汚染水の保持率、及び圧縮強度を測定した。結果を表５に示した。
【００４８】
＜使用材料＞
普通セメント：普通ポルトランドセメント、電気化学工業社製
【００４９】
【表５】
2013007599.tif 000006
【００５０】
本発明の固化材料の代わりに、普通セメントを使用した固化材料は、固化時間が長く、汚染水の保持率が小さく、圧縮強度も小さいことがわかった。
【００５１】
実験例６
実施例１の実験Ｎｏ．１−４及び実験Ｎｏ．１−７の固化体を、表６に示す温度で加熱処理し、加熱後の質量を測定した。結果を表６に示した。
【００５２】
＜試験方法＞
質量：加熱後の質量を測定した。質量は、加熱前の質量を１００とした場合に対する、加熱後の質量を記載した。固化体は、圧縮強度の測定に使用する供試体と同じ方法により作製した。材齢１日の供試体を加熱処理した。
【００５３】
【表６】
2013007599.tif 000007
【００５４】
５００℃に加熱処理することにより２０％まで減容でき、８００℃に加熱処理することにより１５％まで減容できることがわかった。
【００５５】
本発明の固化材料は、汚染水の保持率が大きいので、例えば、放射性廃棄物の発生を抑えることができる。本発明の固化材料は、例えば、固化材料１００質量部に対して１００〜３０００質量部と多い汚染水を固化し、処理できる。本発明の固化材料は、圧縮強度が大きいので、例えば、安全に取り扱いが出来る。本発明により、汚染水、例えば、放射性核種を含む汚染水は、流動する液体の状態よりも固体としておくことが好ましくなる。固体にした場合、安全に取り扱いが出来、容易に移動できるからである。本発明の固化体は、移動時等に容器からの漏れがなく、流出拡散を防止できる。本発明は、廃棄物量を多く発生せずに固化体にできる。本発明は、汚染水を固化することで長期に安全に埋設できる。本発明は、固化体を加熱処理することにより、汚染水量を１／5以下に減容することが可能となる。